一种交流输电线路保护方法及系统与流程

1.本发明涉及一种交流输电线路保护方法及系统，属于电力系统继电保护技术领域。


背景技术：

2.电能与国民经济和社会发展密切相关，长时间的停电会给社会带来许多负面影响和巨大的经济损失。随着我国电力事业的蓬勃发展，越来越多的高压电网投入运行，电力系统变得复杂化，互联化，这对高压输电线路保护提出了新的挑战。交流输电是确保电网正常工作的重要部分，当交流输电线路故障时，如果不能快速、准确的切除故障，往往会引起供电中断或者电能传输不稳定，甚至会引起电网安全事故，造成系统解列。因此，可靠、快速、准确、有选择性的切除线路故障对于保证输电线路的电能传输具有重大意义，是电力系统安全运行所要解决的首要问题。传统保护方法受故障后动作速度慢的制约，不再适用于现有的高压、超高压输电线路对保护速动性的要求。因此，亟需一种能够快速动作且可靠的输电线路保护方法。
3.现有的纵联保护通过通信设备将输电线路两端联系起来，具有非常好保护性能，且动作速度较常规保护快。因此，任有许多输电线路采用纵联保护原理做为线路的主保护。然而，高压、超高压输电线路输电距离较长当线路上发生小故障角故障，高阻故障等弱故障时故障特征不明显，传统的保护判据可靠性不高，容易造成保护拒动。常规的纵联保护不能解决输电线路弱故障时面临的可靠性问题，由于故障特征的不明显，且故障信号在沿线路传播的过程中会发生一定的畸变和衰减，造成区内故障时差动电流可能达不到保护设定的动作值，线路两端故障电流的极性也不明显。因此不论是电流差动保护还是方向(极性)比较式保护都不能可靠动作。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种交流输电线路保护方法及系统，能够可靠、准确的判断区内、区外故障且不受故障角和故障过渡电阻的影响，适合于各种复杂工况，如小故障角，高阻故障等，保护判据简单且可靠，从而解决上述问题。
5.本发明的技术方案是：一种交流输电线路保护方法，具体步骤为：
6.step1：采集线路两端电气信号，计算得到双端保护信号；
7.step2：根据双端保护信号求取线路两侧的故障电流增量i
∑m
和i
∑n
；
8.step3：根据故障电流增量求取故障表征量i
∑
；
9.step4：设定整定值i
set
，将故障表征量i
∑
与整定值i
set
进行比较，判断保护是否动作。
10.首先采集线路两端电气信号，将采集到的线路两端电气信号实时进行变换，再将三相交流电气量解耦变换为线模分量，然后分别提取线路两端的故障电流分量，最后通过计算得到双端保护信号。
11.将所述线路两端的故障电流分量在短时窗内的各个时刻的采样点值分别进行求和运算，得到线路两侧的故障电流增量i
∑m
和i
∑n
。
12.所述故障表征量i∑＝|i
∑m
i
∑n
|。
13.所述step4具体为：
14.设定整定值i
set
，将故障表征量i
∑
与整定值i
set
作差得到k，即k＝i
∑-i
set
；
15.若k为负，即故障表征量i
∑
小于整定值i
set
，则判断为区外故障，保护不动作；
16.若k为正，即故障表征量i
∑
大于整定值i
set
，则判断为区内故障，保护动作。
17.在对整定值i
set
设定时应考虑电流互感器误差，区外故障时由于计算误差或者采样误差得到的故障表征量i
∑
可能不会为0，同时还要各种考虑干扰情况的影响。因此需要根据线路的实际情况，考虑各种因素的影响来确定i
set
，经过大量仿真验证对于超高压线路而言i
set
可设置为100。
18.一种交流输电线路保护系统，包括：
19.数据采集模块，用于采集被保护线路两端的电气信号；其根据实际需要配置在交流线路任意位置，获取交流线路多处，多个时域内的各种电气信息；
20.数据处理模块，用于将采集到的电气信号进行处理、变换得到双端保护信号，从而得到故障表征量i
∑
；
21.保护判据模块，用于根据故障表征量i
∑
与整定值i
set
间的关系对区内、外故障进行判断，构成保护判据；
22.保护执行模块，用于保护跳闸，或者闭锁不动作。
23.所述数据采集模块的采样频率设置为100khz及以上，采集线路两端的电流信息。
24.所述数据处理模块包括：
25.a/d转换模块，用于将采集到的模拟量转换为数字量，再将数字量进行线模变换解耦后，提取故障分量得到双端保护信号；
26.故障表征量计算模块，用于计算故障表征量i
∑
，从而构成保护判据。
27.所述保护判据模块，区内故障时给出跳闸脉冲，区外故障时给出闭锁信号。
28.护跳闸模块，其作用在于：线路两端都收到跳闸脉冲，断路器动作跳开故障相，若至少有一端收到闭锁信号则断路器不动作。
29.本发明的有益效果是：本发明应用在交流输电线路保护中，保护方法适用于各种故障类型，不受过渡电阻，故障点位置即故障角的影响。克服了常规的纵联保护不能解决输电线路发生弱故障时由于故障特征的不明显，且故障信号在沿线路传播的过程中会发生一定的畸变和衰减，造成区内故障时差动电流可能达不到保护设定的动作值，线路两端故障电流的极性也不明显所面临的可靠性问题。能够适用于各种复杂工况的下的输电线路保护，且保护判据简单、保护动作速度快、可靠性高。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在没有实施创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1是本发明中交流输电线路系统结构示意图；
32.图2是本发明中交流输电线路区内故障示意图；
33.图3是本发明中交流输电线路区外故障示意图；
34.图4是本发明中交流输电系统区内故障分量附加状态图；
35.图5是本发明中交流输电系统区外故障分量附加状态图；
36.图6是交流输电线路保护系统的的功能框图。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.实施例1：图1为本发明中交流输电线路系统结构示意图，图2—3是本发明中交流输电线路区内、区外故障示意图。f1→
f5为区内的不同故障位置，fm、fn为区外故障的位置。
39.故障位置f1、f2、f3、f4、f5、fm、fn发生单相、金属性接地故障，初始故障相角为60
°
、70
°
、80
°
。
40.一种交流输电线路保护方法，具体步骤为：
41.step1：首先获取输电线路m、n两侧的电气信号，将采集到的线路两端电气信号实时进行凯伦贝尔(karenbauer)变换，将三相交流电气量解耦变换为线模分量，其变换公式如下：
[0042][0043]
再根据图4、图5所示分别提取线路两端的故障电流分量。
[0044]
step2：将上述线两端的故障分量电流在短时窗内的各个时刻的采样点值分别进行求和(累加)运算得到线路两侧的故障电流增量i
∑m
和i
∑n
。
[0045]
step3：将得到的故障电流增量i
∑m
和i
∑n
两者相加求绝对值得到故障表征量i
∑
：
[0046]i∑
＝|i
∑m
i
∑n
|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0047]
根据故障表征量i
∑
与保护整定值i
set
之间的关系来判断区内、区外故障。
[0048]
step4：设定整定值i
set
，设定时应考虑电流互感器误差，区外故障时由于计算误差或者采样误差得到的短时窗电流故障表征量i
∑
可能不会为0，同时还要考虑各种干扰情况的影响。因此需要根据线路的实际情况，考虑各种因素的影响来确定i
set
，经过大量仿真验证对于高压、超高压线路而言i
set
可设置为100。
[0049]
step5：比较故障表征量i
∑
与保护整定值i
set
的大小，将两者作差得到k即：
[0050]
k＝i
∑-i
set
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0051]
根据k的正负即可判断出区内、区外故障，若k为正则判断为区内故障，保护动作；若k为负则判断为区外故障，保护不动作。
[0052]
其中：被保护线路两端的电气信号由数据采集模块采集。数据采集模块可根据实
际需要配置在交流线路任意位置，可获取交流线路多处，多个时域内的各种电气信息。采样频率设置为100khz，采集线路两端的电流信息。
[0053]
一种交流输电线路保护系统，包括：
[0054]
数据处理模块，将采集到的电气信号进行处理、变换、计算得到故障表征量i
∑
。
[0055]
数据处理模块具体包括：a/d转换模块，故障表征量计算模块
[0056]
a/d转换模块，将ct采集到的模拟量转换为数字量；
[0057]
故障表征量计算模块，用于计算故障表征量i
∑
，从而构成保护判据。将上述得到的数字量进行线模变换解耦后，提取故障分量得到双端保护信号。
[0058]
将上述线两端的故障分量电流在短时窗内的各个时刻的采样点值分别进行求和(累加)运算得到线路两侧的故障电流增量i
∑m
和i
∑n
。
[0059]
再将得到故障电流增量i
∑m
和i
∑n
两者相加求绝对值得到故障表征量i
∑
。根据故障表征量i
∑
与整定值i
set
间的关系构成保护判据。
[0060]
保护判据模块，提取存储的线路故障表征量i
∑
，将其与预设的整定值i
set
作差得到k；即k＝i
∑-i
set
。根据k的正负即可判断出区内、区外故障；若k为正则判断为区内故障，若k为负则判断为区外故障；区内故障时给出跳闸脉冲，区外故障时给出闭锁信号。
[0061]
保护执行模块，其作用在于：线路两端都收到跳闸脉冲，断路器动作跳开故障相，若至少有一端收到闭锁信号则断路器不动作。
[0062]
通过pscad建立如图1所示的高压输电线路模型，在故障位置f1、f2、f3、f4、f5、fm、fn设置单相金属性接地故障，初始故障相角为60
°
、70
°
、80
°
。按照上述实施步骤进行操作得到线路保护动作情况如表1所示：
[0063][0064]
表1：沿线不同位置经不同故障角发生单相接地短路时的保护动作情况
[0065]
从表1中可以看出该保护方法不受故障角的影响，能够可靠的判断线路的区内、区外故障。
[0066]
实施例2：故障位置f1、f2、f3、f4、f5、fm、fn发生经故障过渡电阻为50ω、200ω、500ω的单相接地短路、两相接地短路、三相接地短路、两相短路故障。
[0067]
实施步骤如下：首先获取输电线路m、n两侧的电气信号，将采集到的线路两端电气信号实时进行凯伦贝尔(karenbauer)变换，将三相交流电气量解耦变换为线模分量，再根据图4、图5所示分别提取线路两端的故障电流分量。
[0068]
将上述线两端的故障分量电流在短时窗内的各个时刻的采样点值分别进行求和(累加)运算得到线路两侧的故障电流增量i
∑m
和i
∑n
；将得到的故障电流增量i
∑m
和i
∑n
两者相加求绝对值得到故障表征量i
∑
。
[0069]
设定保护整定值i
set
：在对整定值i
set
设定时应考虑电流互感器误差，区外故障时由于计算误差或者采样误差得到的短时窗电流故障表征量i
∑
可能不会为0，同时还要考虑各种干扰情况的影响。因此需要根据线路的实际情况，考虑各种因素的影响来确定i
set
，经过大量仿真验证对于高压、超高压输电线路而言i
set
可设置为100。
[0070]
比较故障表征量i
∑
与整定值i
set
的大小判断区内、区外故障。实施的具体细节参考实例1。
[0071]
通过pscad搭建模型，并按照上述实施步骤进行操作得到其动作情况如表2—5所示，其中：
[0072]
表2为沿线不同位置经50ω过渡电阻发生各种接地短路时的保护动作情况；
[0073]
表3为沿线不同位置经200ω过渡电阻发生各种接地短路时的保护动作情况；
[0074]
表4为沿线不同位置经500ω过渡电阻发生各种接地短路时的保护动作情况；
[0075]
表5为沿线不同位置经不同过渡电阻发生两相短路时的保护动作情况；
[0076]
[0077][0078]
表2：沿线不同位置经50ω过渡电阻发生各种接地短路时的保护动作情况
[0079]
[0080][0081]
表3：沿线不同位置经200ω过渡电阻发生各种接地短路时的保护动作情况
[0082]
[0083][0084]
表4：沿线不同位置经500ω过渡电阻发生各种接地短路时的保护动作情况
[0085]
[0086][0087]
表5：沿线不同位置经不同过渡电阻发生两相短路时的保护动作情况
[0088]
从表2—5的实验结果可以看出，该方法不受故障过渡电阻，故障类型的影响。区内故障时能够可靠动作，区外故障时不会误动作。
[0089]
实施例3：图6是本发明提供的交流输电线路保护系统的的功能框图，包括：
[0090]
数据采集模块301，主要采集被保护线路两端的电气信号；
[0091]
数据处理模块302，将采集到的电气信号进行处理、变换得到双端保护信号从而得到故障表征量i
∑
；
[0092]
保护判据模块303，根据故障表征量i∑与整定值i
set
间的关系构成保护判据；
[0093]
保护执行模块304，作用于保护跳闸；或者闭锁不动作，并记录动作情况；
[0094]
其中，所述数据采集模块301具体包括：
[0095]
模拟量采集单元3011，用于采集线路两端的电压电流模拟量信号；
[0096]
数据存储单元3012，用于存储一定时窗内的故障电流电压波形。
[0097]
其中，所述数据处理模块302具体包括：
[0098]
a/d转换单元3021，将采集到的故障电压电流模拟量转换为数字量；
[0099]
故障分量提取单元3022，用于计算故障表征量i
∑
，从而构成保护判据。将上述得到的数字量进行线模变换解耦后，提取故障分量得到双端保护信号。
[0100]
故障电流增量计算单元3023：将上述线两端的故障分量电流在短时窗内的各个时刻的采样点值分别进行求和(累加)运算得到线路两侧的故障电流增量i
∑m
和i
∑n
。
[0101]
故障表征量计算单元3024：将得到故障电流增量i
∑m
和i
∑n
两者相加求绝对值得到故障表征量i
∑
。
[0102]
其中，所述保护执行模块304具体包括：
[0103]
保护跳闸单元3041，作用于断路器跳闸；
[0104]
跳闸记录单元3042，用于记录保护动作情况。
[0105]
具体的，本实施例的模块或单元与交流输电线路保护方法的第一实施例一一对应。
[0106]
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述
实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。